高校實驗室信息管理系統設計

王向陽

0 引言

實驗實踐是高等學校教學活動重要環節，影響著人才培養的質量，實驗室作為承擔實驗實踐教學的主要場所，在高等學校教學中具有舉足輕重的作用，除了教學它還承擔著一定的科研任務，具有為社會服務的功能，是學校辦學水平和實力的體現[1]。

隨著高等學校實驗教學與管理改革的不斷發展，隨著信息技術在各行各業的不斷應用，在實驗室管理方面傳統的人工管理模式已與信息化發展的趨勢顯得不適應了。實驗室在日常管理中會不斷產生大量的數據，例如實驗室信息，儀器設備信息，實驗項目信息，耗材配件信息，實驗安排信息等，這些信息日積月累下來將十分龐大，如何處理海量的數據信息，科學合理安排好實驗實踐教學任務，提高儀器設備的利用率，是實驗室管理工作面臨的一個難題。在這個背景下實驗室信息管理系統應運而生，它的應用使實驗室管理工作更加規范合理，促進實驗室資源共享，提高了利用效率，提高實驗室的投資效益，減少實驗室管理工作量。

1 系統總體設計

1.1 系統概述

實驗室信息管理系統 LIMS（Laboratory Information Management System），是指利用計算機網絡技術、數據庫技術等對實驗室的各種信息進行智能化、自動化管理的計算機軟、硬件系統[2-3]。實驗室信息管理系統的使用就是將原來對實驗室手工管理方式變成計算機管理，通過計算機網絡，在科學的管理思想的指導下，利用先進的信息技術，以實驗室為核心，對實驗室儀器設備、實驗教學安排、人員、日常事務等進行高效、準確、全方位的管理。

目前，普通高等學校對實驗室普遍采取院系兩級管理的模式，學校設置專門部門對實驗室進行宏觀管理，各系負責所屬實驗室的具體事務管理。這些管理工作主要有實驗室管理、儀器設備管理、人員管理、耗材管理、實驗教學管理等，各校根據不同的情況會有細微的差別。本文根據筆者所在單位陜西學前師范學院實驗室管理的特點以及日常工作的要求，設計了基于B/S結構的實驗室信息管理系統。該系統充分利用校園網，通過網絡對實驗室各項工作進行管理，學生通過網絡可以了解實驗安排、向老師進行提問、實驗室信息查詢、實驗成績查詢；教師可以進行網上答疑、實驗室預約、實驗成績的錄入、教學任務的查詢等；管理人員可以進行實驗教學安排、發布公告信息、數據信息錄入等。此外，系統數據庫中保存大量的實驗室信息及其相關信息可為實驗室績效管理與評價、效益評估提供數據支持，為學院實驗室規劃建設決策提供依據。

1.2 系統體系結構

本系統采用B/S架構，即Browser/Server（瀏覽器/服務器）體系結構，這種結構下，用戶工作界面是通過瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在客戶端實現，主要事務邏輯在服務器端實現，形成瀏覽器、Web應用服務器和數據庫服務器的三層模式[4-5]，其原理圖，如圖1所示：

圖1 B/S結構原理圖

這種模式對客戶端電腦要求很低，使開發人員可以專注于 Web服務器端應用程序的開發，而無需多考慮客戶端，后臺數據庫系統的變化也不會對客戶端造成任何影響，可有效減輕系統維護工作量，降低成本[6-8]。B/S結構還有不受地點、接入方式的限制，具有可擴展性和開放性等多方面優勢，因此實驗室信息管理系統非常適用這種體系結構。

JSP是基于JavaServlet以及整個Java體系的Web開發技術，1999年6月由Sun公司推出，由于其具有開放性、可擴充性、跨平臺性的優勢，一經推出就迅速被廣泛使用，這里我們采用JSP開發語言進行程序設計[9-10]，開發工具使用MyEclipse集成開發環境，后臺數據庫使用SQL Server 2005。

1.3 總體功能設計

根據我校實驗室管理工作的實際情況，將用戶分為不同的角色，不同角色的用戶具有不同的權限，當多個用戶被賦予同一角色時，他們也就都具備了該角色擁有的權限，這里把用戶分為系統管理員、管理人員、教師和學生四類，他們具有以下權限：

系統管理員：具有最高權限，可管理和維護整個系統，擁有管理人員、教師和學生所有操作權。能建立和設置不同的用戶，并為其分配權限。

管理人員：可以對本部門實驗教學進行安排，對實驗室信息進行管理，對儀器設備、低值易耗品進行管理，對教師、學生信息進行管理，對相關數據進行查詢和統計。

教師：可根據課程設置實驗項目，安排實驗進度，上傳學生實驗成績，回答學生問題，查詢課程安排，查詢實驗室、儀器設備信息等。

學生：可查詢實驗課程安排，實驗課程選課，提交實驗報告，查詢實驗課成績，查詢實驗室、儀器設備基本信息，查看各種通知、公告等。

按照實驗室信息管理系統應具有的功能[11]，將其分為實驗室管理、儀器設備管理、實驗教學管理、低值易耗品管理、實驗人員管理、日常事務管理等6大模塊，其總體功能結構，如圖2所示：

圖2 實驗室信息管理系統總體功能圖

2.系統的設計實現

2.1 系統數據庫設計

數據庫是實驗室信息管理系統的基礎，系統能否滿足用戶的需求在很大程度上取決于數據庫設計的合理性。根據實驗室的實際情況和管理需求，我們以SQL Server 2005作為后臺數據庫支持，設計了以下數據表：用戶信息表（login），實驗室信息表（lab），實驗項目表（project），課程表（course），成績表（score），實驗室課程表（labcourse），實驗教學表（teach），儀器設備信息表（equipment），儀器設備維修表（maintain），儀器設備報廢表（scrap），低值易耗品信息表（expend），低值易耗品領用表（receive），實驗人員信息表（teacher），新聞公告表（note），資料下載表（down）等。由于篇幅所限，這里僅對部分表進行說明。

儀器設備信息表主要存放教學科研儀器設備的基本信息，如表1所示：

表1 儀器設備信息表

儀器設備維修表，存儲每臺報損儀器設備的維修數據， 是記錄儀器設備維修情況的表，如表2所示：

2.2 數據庫連接

要想操縱一個數據庫，首先應該建立一個到數據庫的連接，本系統采用JDBC-ODBC的驅動程序連接數據庫，并使用JavaBean組件[12-14]，具體語句如下：

2.3 系統登陸設計

用戶輸入用戶名和密碼，系統判斷其身份，并確定其所擁有的權限，然后根據不同用戶的角色呈現不同的操作界面。其詳細步驟如下：

選擇登錄身份，系統提供四種身份：系統管理員、管理人員、教師和學生供用戶根據身份選擇；

用戶在登錄框內填寫用戶名、密碼、驗證碼，并點擊“登錄”按鈕。

如果選擇的登錄身份與系統數據庫中不符，或用戶名或密碼不正確，系統會彈出提示對話框“您輸入的登錄信息錯誤，請重新輸入！”

驗證通過后，系統根據用戶的不同身份進入不同的操作界面。

系統登陸流程圖，如圖3所示：

圖3 系統登錄流程圖

2.4 主要功能設計

2.4.1 實驗室管理模塊

該模塊主要功能是建立實驗室基本信息體系，將每年上報教育部的基礎實驗數據由傳統的手工收集變為系統自動生成，為廣大師生提供全面的實驗室信息查詢提供方便。其主要數據信息包括：實驗室編號、名稱、類別、房間號、面積、管理部門、管理人、儀器設備臺套數、儀器設備值，該實驗室特殊規章制度。登陸實驗室信息系統的所有用戶可以查看某個實驗室的詳細信息，系統管理員和管理人員可以進行添加、修改和刪除操作。

2.4.2 儀器設備管理模塊

主要建立實驗室儀器設備賬目，對使用過程進行管理，以及為上報教育部信息提供數據服務，強化數據的真實性和有效性，降低儀器設備管理的難度。其主要包含以下4個子模塊。

賬目管理子模塊：建立實驗室儀器設備的基本信息，包括設備編號、名稱、規格、型號、生產廠家、國別、分類號、出廠日期、價值、存放地點、狀態、管理人等信息。

儀器設備維修子模塊：建立儀器設備損壞及維修記錄，包括維修單編號、設備編號、設備名稱、保修人、損壞情況描述、維修部門、維修人、維修時間、解決方案、維修結果等信息。儀器設備發生故障后，實驗室管理員填寫維修申請單，管理部門收到申請后組織人員進行維修，修好后填寫維修記，經保修人員確認后生成維修記錄單存入數據庫中。

儀器設備報廢子模塊：對實驗室內丟失或報廢的儀器設備進行登記，包括報廢單編號、設備編號、設備名稱、報廢分類、報廢描述、報廢時間等信息。實驗室管理人員提交報廢申請，實驗室管理部門和資產管理部門鑒定后，進行審批，完成流程，生成設備報廢單。

數據信息服務子模塊：可提供按設備名稱、編號、實驗室等信息查詢統計儀器設備數據，并提供打印服務，還可按教育部相關報表的格式，生成相應的數據報表，方便數據報送。

2.4.3 實驗教學管理模塊

該模塊幫助教學管理人員對日常實踐教學進行安排以及對實施過程進行監控管理，任課教師可以查詢本人的實驗教學安排，錄入實驗項目、學生成績，學生可以查詢實驗課安排、實驗項目內容、實驗課程成績等信息。主要包括實驗教學基本信息子模塊，實驗教學安排子模塊、成績管理子模塊。

2.4.4 日常事務管理模塊

該模塊是實驗室管理部門用來對實驗室進行日常工作管理的，如向全體師生發布實驗新聞、動態、公告，在線評教，提供各種資源表格下載等，主要包括信息發布子模塊，實驗室資源管理子模塊和網上評教子模塊。

3 總結

本系統在校園網的基礎上，采用B/S體系結構、JSP編程技術和SQL Server 2005后臺數據庫，以實驗室為中心，將實驗室管理、儀器設備管理、實驗人員管理、實驗教學管理、低值易耗品管理和日常事務管理集為一體的信息管理系統。目前該系統正在研發測試階段，近半年來的測試表明，它不僅可使實驗室管理規范化、科學化，優化實驗資源配置，確保數據的準確性、完整性，而且能提高管理效率，降低管理人員的勞動強度。但系統也有不盡如人意的地方，在以后的開發過程中將逐步改進，以適應學校的實際情況，更好為實驗室管理服務。

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